Université Libre de Bruxelles

1. Université Libre de Bruxelles Enjeux et impact des organismes génétiquement modifiés (OGM) pour l'agriculture, dans le Nord et le Sud Jacques van Helden Jacques.van-Helden@univ-amu.fr Université d’Aix-Marseille, France http://jacques.van-helden.perso.luminy.univmed.fr/ Adresse précédente (1999-2011) Université Libre de Bruxelles, Belgique Bioinformatique des Génomes et des Réseaux (BiGRe lab) http://www.bigre.ulb.ac.be/

2. Une question mal posée • « Les OGM, pour ou contre ? » • Le débat sur les OGM, et plus particulièrement les plantes transgéniques, est miné par la polarisation des intervenants. • La plupart des gens se sentent forcés de se prononcer soit « pour » soit « contre ». • Quand quelqu’un intervient dans un débat concernant les OGM, on essaie généralement de le caser dans l’une de ces deux catégories prédéfinies. • A mon avis, cette question est mal posée. • Il faut distinguer la technologie et l’utilisation qu’on en fait. • Il faut distinguer les applications actuelles et les applications potentielles. • Tout choix d’orientation en matière de stratégies agricoles requiert une analyse au cas par cas.

3. La sacralisation de la nature • Lieu commun • “Il faut refuser les OGM parce qu’ils transgressent les barrières naturelles entre espèces vivantes.” • Cette attitude de sacralisation de la nature n’est pas soutenable, car l’histoire entière de l’agriculture repose sur des modifications génétiques (spontanées ou générées par l’homme). • 10.000 ans de sélection “massale”. • 100 ans de sélection génétique. • Un exemple d’hybride artificiel: le triticale (blé + seigle). • Depuis les années 1940, les rayons X ont été utilisés pour générer de la variabilité génétique (mutations) dans les variétés cultivées. • La colchicine, un puissant mutagène chimique a été utilisée pour générer des variétés polyploïdes ou des hybrides. • Même les variétés utilisées en agriculture biologique résultent de ces processus.

4. Un acte de foi • Lieu commun • Les OGM constituent une solution incontournable (voire la seule solution) pour nourrir l’ensemble de la population mondiale au 21ème siècle. • Pour soutenir une telle affirmation, il faudrait • disposer d’un modèle global, précis et fiable, du développement de la population et des ressources alimentaires; • évaluer l’ensemble des systèmes agraires existants et possibles; • démontrer que tous ceux qui n’incluent pas d’OGM sont voués à l’échec. • Aucun scientifique (ni groupe pluridisciplinaire) n’est aujourd’hui capable de produire de tels résultats. Cette affirmation est donc un acte de foi. • Cet acte de foi est éventuellement sincère, généreux, peut-être désintéressé, mais en aucun cas une affirmation scientifique.

5. Enjeux sociaux et écologiques de la biologie Quelques questions concernant les plantes transgéniques

6. Quelques questions générales concernant les PGM • Quelles sont les principales utilisations des plantes transgéniques ? • Comment obtient-on des plantes transgéniques ? • Quel est l’impact sur environnement ? • Quel est l’impact sur la santé du consommateur ? • Quels sont les enjeux économiques ? • Les plantes transgéniques constituent-elles une solution utile, voire “incontournable”, pour lutter contre la faim dans le monde?

7. Biologie et société Applications des plantes transgéniques

8. Que peut-on faire avec des plantes transgéniques ? • La transgénèse permet de transférer à une plante un ou quelques gènes d’intérêt, pour lui conférer un caractère précis. • Quelques exemples d’applications existantes et de projets. • Caractères ajoutés pour faciliter la culture • Résistance aux herbicides (~80% des surfaces cultivées en OGM) • Résistance aux insectes (~30% des surfaces cultivées en OGM) • Résistance aux virus, bactéries et aux moisissures • Résistance à la sécheresse. • Tolérance au sel, à l'aluminium et au manganèse (cultures en sol acide). • Dépollution • Extraction et dégradation de substances chimiques polluant les sols. • Modification de la qualité alimentaire • Enrichissement en vitamines (ex: "riz doré" enrichi en vitamines A) • Ralentissement de la dégradation des fruits (tomate). • Enrichissement des plantes en éléments essentiels (vitamines, acides aminés). • Augmentation du contenu en acides gras (plantes oléagineuses). • Produits d'alimentation animale contenant des enzymes (pour augmenter la digestibilité). • Biopharming: production de protéines à des fins médicales • Bananes produisant des antigènes pour une vaccination par voie orale. • Maïs produisant des protéines anti-coagulantes.

9. Les applications majoritaires • En termes du surfaces cultivées, les deux applications les plus importantes sont (chiffres de 2004-2005) • résistance aux herbicides (82% des surfaces de plantes transgéniques) • résistance aux insectes (29% des surfaces de plantes transgéniques) • Note: La somme fait plus de 100% car 11% des surfaces sont occupées par des plantes qui combinent les deux caractères. • Toutes confondues, les autres applications ne représentent pas plus de 1% des surfaces actuellement cultivées en OGM. • Nous discuterons essentiellement de la résistance aux herbicides et aux insectes. • Sources: http://www.isaaa.org/

10. Que ne peut-on pas faire avec des plantes transgéniques ? • La transgénèse n’est pas un outil approprié pour modifier des propriétés des plantes telles que le rendement. • Le rendement est un caractère quantitatif de nature polygénique (il repose sur un grand nombre de gènes apportant chacun une faible contribution). • L’amélioration de caractères quantitatifs polygéniques serait complètement inefficace s’il fallait effectuer une transgénèse pour chacun des dizaines de gènes impliqués. • Pour ce genre de caractères, les méthodes de génétique quantitative sont plus appropriées.

11. Quelques questions spécifiques concernant les plantes transgéniques • Santé • La consommation de plantes transgéniqe présente-t-elle des risques pour la santé des consommateurs ? • Le riz doré constitue-t-il une solution satisfaisante au problème de carence en vitamine A ? • Environnement • La dissémination des transgènes est-elle dangereuse pour l’environnement ? • Quel est l’impact écologique des plantes résistantes aux herbicides ? • Les plantes Bt sont-elles dangereuses pour les espèces d’insectes non visées ? • Comment gère-t-on les risques d’apparition d’insectes résistants aux plantes Bt ? • Enjeux socio-économiques • Les plantes transgéniques peuvent-elles contribuer à un développement durable ? Si oui, dans quelles conditions ? • Comment gérer l’accès aux semences pour les agriculteurs ? • Comment assurer une gestion optimale des choix stratégiques en matière d’OGM, et, plus généralement, en matière d’agriculture ?

12. Cultures de PGM dans le monde • La surface totale actuellement cultivée dans le monde est de ~1500 millions d’hectares. • En 2009, les cultures d’OGM couvrent 180 millions d’hectares (12% de la surface totale cultivée). Principaux producteurs (sourcehttp://www.isaaa.org/) Pays Millions d’Ha de PGM (2005) Etats-Unis 49.8 Argentine 17.1 Brésil 9.4 Canada 5.8 Chine 3.3 Paraguay 1.8 Inde 1.3 Afrique du Sud 0.5 Uruguay 0.3 Australie 0.3 Mexique 0.1 Roumanie 0.1 Philippines 0.1 Espagne 0.1

13. Répartition géographique des cultures de PGM Source: http://www.isaaa.org/resources/publications/briefs/41/

14. Surfaces cultivées en plantes transgéniques Source: http://www.isaaa.org/resources/publications/briefs/36/default.html

15. Biologie et société Biotechnologies, génie génétique, et organismes génétiquement modifiés

16. Définition de la biotechnologie • Le nouveau petit Robert (1993) • Ensemble des méthodes utilisant les données et techniques de l'ingénierie et de la technologie, mettant en oeuvre des organismes vivants ou des enzymes pour réaliser des transformations utiles en chimie, en pharmacie, en industrie alimentaire. • La biotechnologie recouvre donc un large domaine d'applications, et un large domaine de méthodes. • Par exemple, la production de bière est une activité biotechnologique: on utilise un organisme vivant (levures et bactéries) pour produire un produit alimentaire.

17. De la génétique au génie génétique • Depuis le début du 20ème siècle, les approches génétiques consistaient à générer des mutants (par traitements chimiques, rayons X, ...), et à étudier les conséquences visibles (le phénotype) des mutations. • Durant les années 1970, les biologistes ont mis au point des méthodes permettant de recombiner l'ADN de façon dirigée • découper des fragments d'ADN d'intérêt • insérer ces fragments dans le génome d'un organisme hôte • Ces méthodes ont tout d'abord été utilisées pour élucider les fondement moléculaires des phénomènes biologiques (biologie moléculaire). • On parle de génie (ou ingénierie) génétique pour parler de l'utilisation des méthodes d'ADN recombinant pour des applications biotechnologiques.

18. L'ADN recombinant • Les manipulations d'ADN sont effectuées au moyen de plusieurs enzymes • les enzymes de restriction, qui découpent l'ADN en des sites spécifiques • les ligases, qui recollent les fragments. • On peut ainsi isoler un gène de son génome, et l'intégrer dans un plasmide qui joue le rôle de vecteur pour ce gène. • Un plasmide est un fragment d'ADN circulaire qui s'intègre dans les cellules bactériennes, s'y multiplie, et se transmet occasionnellement de bactérie à bactérie. http://www.dil.univ-mrs.fr/~vancan/optionBio1/documents/clonage_4.pdf

19. La production d'insuline • Une des premières applications de l'ingénierie génétique a été la production massive de l'insuline par les bactéries, pour le traitement du diabète. • L'insuline est une hormone qui active l'utilisation des sucres au moment de la digestion. Le diabète est une maladie provenant de l'incapacité à métaboliser les sucres. On traite les diabétiques en leur injectant de l'insuline. • Depuis 1922, on utilisait à cet effet de l'insuline extraite de pancréas de bœufs et de porcs. Ceci provoquait cependant des problèmes d'allergies, car ces protéines sont légèrement différentes de l'insuline humaine. • En 1981, on a inséré le gène codant pour l'insuline humaine dans des cellules de bactéries ou de levures. • Ceci a permis de produire l'insuline humaine dans des fermenteurs. • Autre exemple d'application médicale: la production d’antigènes pour la vaccination.

20. Les organismes génétiquement modifiés • Au sens large, on pourrait considérer que toute modification du génome (y compris les mutagenèses chimiques et par irradiations pratiquées depuis les années 1930) produit des organismes génétiquement modifiés. • Cependant, l'expression modification génétique est le plus souvent utilisée pour désigner l'application du génie génétique pour obtenir une transformation génétique (ou transgenèse) : transfert d'un ou plusieurs gènes d'un organisme à un autre). • On appelle organismes transgéniques les organismes résultant d'une telle transformation. Le gène transféré est appelé transgène. • Les bactéries et levures utilisées pour la production d'insuline sont donc des organismes transgéniques, et le gène humain qui a été inséré dans leur génome est un transgène.

21. Les plantes transgéniques • Une application de l'ingénierie génétique est le transfert de gènes vers des plantes cultivées, pour leur conférer de nouveaux caractères. • Ces applications font actuellement l'objet de nombreux débats et confrontations entre différents acteurs sociaux. • Dans le reste de ce chapitre, nous étudierons en détail plusieurs aspects de ces applications: • Techniques: comment procède-t-on pour insérer un gène dans le génome d'une une plante ? • Agronomiques: quelles sont les applications actuelles des plantes transgéniques ? • Sanitaires: les plantes transgéniques représentent-elles un risque pour la santé humaine ? • Écologiques: quel est l'impact prévisible des plantes transgéniques sur l'environnement ? • Sociaux: quelles pourraient être les conséquences sociales de l'utilisation des plantes transgéniques, au Sud et au Nord ?

22. Biologie et société Méthodes pour l'obtention des plantes transgéniques

23. Isolement du gène d'intérêt • La première étape consiste à isoler le gène d'intérêt (exemple: gène de résistance aux insectes) • Fragmentation, au moyen d’enzymes de restriction, du plasmide portant initialement le gène (plasmide de la bactérie Bacillus thuringiensis). • Séparation des fragments par électrophorèse sur gel. Séparation de fragments d’ADN par électrophorèse sur un gel d’agarose http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/bioch1.htm http://terresacree.org/canon.htm

24. Clonage du gène d'intérêt • On peut ensuite cloner le gène d’intérêt en l'insérant dans un plasmide vecteur, puis en intégrant ce plasmide dans une bactérie. • On peut dès lors multiplier cette bactérie (en fermenteur), afin d'obtenir de nombreuses copies du gène.

25. Transfert de gène vers la plante • Il existe plusieurs alternatives pour transférer un gène vers des cellules de plantes • Bombardement • Agrobacterium tumefasciens • Electroporation • ... • Dans l'état actuel de la technologie, quelle que soit la méthode utilisée, le point d'insertion du transgène dans le génome de plante est aléatoire.

26. Agrobacterium tumefasciens • Agrobacterium tumefasciens est une bactérie qui, dans la nature, provoque des tumeurs au niveau de blessures de plantes. • les tumeurs sont provoquées par le transfert, de la bactérie vers la plante, d'un plasmide (le plasmide Ti pour Tumor-inducing) dont un fragment (ADN-T, T pour transfert) s'insère dans le génome de la plante. Source: http://www.rivier.edu/faculty/wtotherow/STSweb/Crystal2/GMO%20Website/Agrobacterium%20vs_%20Particle%20Gun.html

27. L'utilisation d'Agrobacterium pour la transgenèse Source: rapport de l’Académie des Sciences (France) • Les propriétés d'Agrobacterium ont été mises à profit pour transférer des gènes d'intérêt dans ces cellules de plantes. • On recombine tout d'abord le gène d'intérêt avec le fragment ADN-T du plasmide, puis on le clone dans Agrobacterium.

28. Bombardement de microparticules • On utilise un canon à particules pour bombarder les cellules avec des microbilles couvertes de fragments d'ADN. • Les microbilles pénètrent dans les cellules de plantes, et, occasionnellement, un fragment d'ADN s'insère dans le génome. • Source: http://www.rivier.edu/faculty/wtotherow/STSweb/Crystal2/GMO%20Website/Agrobacterium%20vs_%20Particle%20Gun.html

29. La sélection des cellules transformées Transformation Sélection RB promoteur gène d'intérêt marqueur de transfert LB • La transformation est loin d'être systématique: seul un petit nombre de cellules intègrent le transgène. Il faut donc sélectionner ces rares cellules transformées, parmi toutes celles qui sont présentes. • On utilise pour cela un gène marqueur de transfert. Par exemple, on peut coupler un gène de résistance aux antibiotique au gène d'intérêt, au sein du plasmide vecteur. • Après l'étape de transformation (par Agrobacterium, bombardement ou toute autre méthode), on soumet les cellules en cultures à l'antibiotique (par exemple la kanamycine) • les cellules transformées ont acquis la résistance à cet antibiotique • les autres cellules meurent

30. La régénération de plantes à partir de cellules isolées http://www.irbv.umontreal.ca/francais/service/labo_culture_invitro.htm • Pour bon nombre d'espèces de plantes, on peut régénérer une plante à partir d'une cellule isolée. • On utilise pour ce faire des hormones végétales, qui induisent la multiplication des cellules et leur différenciation (formation des différents tissus: racines, tiges, feuilles, ...). • Les plantes régénérées sont ensuite capables de se reproduire normalement. • Si on applique cette méthode à une cellule transformée, on obtient une plante dont toutes les cellules portent le transgène, et qui transmettra ce transgène à sa descendance selon les lois de Mendel, au même titre que les gènes endogènes.

31. Résumé des étapes gène d'intérêt plante insertion dissociation régénération plasmide vecteur cellules isolées clonage plante transgénique transfert du plasmide bactérie insertion du fragment ADN-Tdans le génome sélection des cellules transformées cellules transgéniques (de plante)

32. Biologie et société Plantes tolérantes aux herbicides

33. L'utilisation des herbicides • Les herbicides ont été utilisés en agriculture depuis les années 1950 pour éliminer les mauvaises herbes. • Différentes familles de molécules ont des propriétés herbicides. • Chaque herbicide a un spectre d’action particulier: certains herbicides sont relativement spécifiques, et n'affectent qu'un groupe de plantes en épargnant d'autres plantes. • L'utilisation intensive des herbicides n'élimine pas complètement les mauvaises herbes. • D'une part, chaque herbicide s'attaque à certaines espèces de mauvaises herbes, dont la disparition favorise l'expansion des espèces moins sensibles. On observe donc un "glissement" des espèces envahissantes. • D'autre part, au sein des espèces ciblées, on constate l'apparition d'individus résistants.

34. La résistance aux herbicides • Des plantes résistantes ont été rapportées pour toutes les familles d'herbicides utilisées à ce jour. • Mécanismes de résistance • Mutation de l'enzyme-cible de l'herbicide (exemple: acétolactate synthase), qui empêche l'herbicide de s'y fixer. • Détoxification de l'herbicide par les enzymes de la plante. • La probabilité d'apparition de résistants dépend du mécanisme d'action de l'herbicide, et du mode d'expression de la résistance. • La résistance multiple est encore relativement rare, mais il existe une plante australienne (le "rye-grass"), dont certains biotypes résistent à 9 herbicides appartenant à 5 familles distinctes de molécules.

35. Augmentation du nombre d'espèces résistantes pour différents herbicides en fonction du temps Source: Chrispeels, 2003

36. Glyphosate • Herbicide total • Mécanisme d’action: inhibition de l’enzyme 3-phosphoshikimate 1-carboxyvinyltransferase 1 (numéro enzymatique 2.5.1.19). • Cette enzyme est absente chez les animaux. • Herbicide de surface (par opposition aux herbicides dits systémiques) : l’effet désherbant requiert l’application sur les feuilles. • On peut donc semer rapidement après désherbage, car l’herbicide restant dans le sol n’affecte pas la culture suivante.

37. Plantes transgéniques tolérantes à un herbicide • L'existence de mécanismes de résistance aux herbicides a été mise à profit pour générer des variétés de plantes cultivées qui tolèrent un herbicide particulier. • Exemple • Il existe un gène qui confère la résistance à l'herbicide glyphosate. • Ce gène a été transféré à une variété de soja. • La firme Monsanto vend à la fois • l'herbicide Roundup dont le principe actif est le glyphosate • la semence tolérante au glyphosate, appelée Roundup Ready (RR). • Si l'agriculteur sème cette variété et applique du glyphosate sur le champ, toutes les plantes meurent sauf le soja. Parcelle expérimentale pour le Roundup Ready (http://www.omafra.gov.on.ca/french/crops/field/weeds/bur_cucumber4.htm). Droite: soya RR traité avec le Roundup (glyphosate). Gauche: parcelle témoin.

38. Surfaces cultivées en soja Roundup Ready Source: Chrispeels (2003) • Du fait de sa facilité d'utilisation, le soja Roundup Ready (RR) a connu un succès croissant auprès des agriculteurs, et la proportion de champs de soja cultivés en RR a rapidement augmenté: • 6 ans après son apparition, cette variété occupait 65% des surfaces cultivées en soja aux États-Unis. • Quelques années plus tard la variété RR représente quasiment 100% ds cultures de soja des Etats-Unis.

39. Avantages des plantes tolérantes à un herbicide • Le glyphosate • Largeur de spectre: le glyphosate est un herbicide total, il agit sur la plupart des mauvaises herbes, monocotylédones comme dicotylédones. • Moins toxique que d’autres herbicides pour les mammifères. • A une persistance de faible durée dans l'environnement. • Il existe peu de mauvaises herbes résistantes. • De façon générale, l'application d'herbicides réduit les besoins de labour, et diminue donc l'érosion des sols.

40. Inconvénients des plantes tolérantes à un herbicide • L'utilisation de plantes tolérantes à un herbicide ne provoque pas de réduction dans la consommation, mais un remplacement des autres herbicides par celui-ci. • L'expansion rapide du glyphosate a provoqué un abandon des autres stratégies de gestion des mauvaises herbes. • Le fait d'utiliser le même herbicide sur la plupart des cultures augmente la pression sélective en faveur des résistants. • Les gènes de résistance pourraient être transférés à d'autres plantes par transfert horizontal. • Les plantes cultivées résistantes elles-mêmes deviennent des mauvaises herbes dans des systèmes de rotation des cultures. • La résistance multiple apparaît facilement si on cultive des plantes résistantes à différents herbicides dans des champs voisins • Exemple: canola (variété de colza) au Canada, résistant à 3 herbicides (glyphosate, glufosinate, imidazole)

41. Biologie et société Plantes produisant des substances insecticides

42. Bacillus thuringiensis http://www.ami.dk/research/btcenter/bt.html http://www.cf.ac.uk/biosi/staff/berry/chime/rintro.html • La bactérie Bacillus thuringiensis secrète un cristal formé d'une toxine protéique. • Le cristal contient un précurseur inactif de la toxine. • Quand l'insecte ingère le cristal, la toxine est activée dans son tube digestif, sous l'action d'enzymes secrétées par l'insecte lui-même. • La bactérie commence alors à se multiplier et envahit le corps de l’insecte.

43. Les plantes produisant des insecticides • En 1996, on a inséré des gènes codant pour certaines toxines de Bacillus thuringiensis dans le génome de diverses plantes (coton, blé, pomme de terre, ...). On parle de plantes Bt. • Ces plantes expriment le gène de façon constitutive, c'est-à-dire que chaque cellule synthétise la toxine à tout moment de la vie de la plante. • Selon les cas, on a transféré des gènes provenant de souches de Bacillus spécifiques des coléoptères, ou des lépidoptères. • On a pu ainsi générer • des pommes de terre résistantes au doryphore (Colorado beetle) • du maïs résistant aux chenilles (European corn borer) • des variétés de blé, coton résistantes aux insectes source: Jim Peacock La partie de droite contient du coton Bt, celle de gauche des plantes de contrôle

44. Impact des plantes Bt sur la consommation d'insecticides • Aux États-Unis, les plantes Bt représentent 26% (1999, 2000, 2001) des surfaces cultivées en blé. • Le déploiement de plantes Bt a permis une réduction massive des applications d'insecticides dans les champs (Shelton, 2002). • Il y a donc un impact positif sur l'environnement • spécificité: chaque toxine confère une résistance de la plante à un groupe d'insectes particuliers, et est donc beaucoup plus toxique que les insecticides • diminution de la pollution chimique • Certains scientifiques contestent toutefois la façon dont les mesures de consommation ont été prises (Wolfenbarger, 2000). D'après ces auteurs, les diminutions observées auraient été surestimées et demanderaient une évaluation précise. Shelton, A. M., Zhao, J. Z. and Roush, R. T. (2002). Economic, ecological, food safety, and social consequences of the deployment of bt transgenic plants. Annu Rev Entomol 47, 845-81. Wolfenbarger, L. L. and Phifer, P. R. (2000). The ecological risks and benefits of genetically engineered plants. Science 290, 2088-93.

45. Insectes résistants aux plantes Bt • Le principal problème avec les plantes Bt est la pression sélective en faveur d'insectes résistants. • Cette pression est particulièrement élevée car les plantes Bt expriment la toxine à des concentrations élevées, et durant toute la saison de culture. • Les spécialistes de la dynamique des population ont immédiatement soulevé le problème, et proposé de préserver des aires de refuges (voir dia suivante).

46. La stratégie des aires de refuges résistant sensible • La surface cultivée est partagée en deux parties • La majorité du champ contient des plantes Bt. • L'aire de refuge contient des plantes non-Bt de la même espèce. • Les rares insectes résistants qui apparaîtraient sur la surface Bt auront donc une forte probabilité de se croiser avec des insectes non-résistants, beaucoup plus nombreux. • Si l'allèle de résistance est récessif, leur descendance ne pourra pas survivre sur le champ Bt. • Les allèles de résistance sont donc dilués dans la population. source: Jim Peacock

47. L’épandage d’insecticide chimiques sur les aires de refuge • La stratégie des aires de refuge a été adoptée aux Etats-Unis, et la réglementation agricole américaine impose à l'agriculteur de semer un pourcentage de la surface cultivée avec des variétés non Bt. • Ceci pose évidemment un problème à l'agriculteur, qui voit une partie de son champ dévasté par les insectes. • Il y a donc un compromis entre le pourcentage acceptable de pertes de production, et la gestion du risque d'expansion des insectes résistants. • Depuis 1999, la réglementation américaine autorise l'agriculteur à appliquer des insecticides chimiques sur les aires de refuges. • Ceci semble complètement aberrant, ces aires perdent leur fonction même. • Cette contradiction est assez révélatrice des conflits entre les enjeux économiques et écologiques de la technologie. • Actuellement, l'agriculteur a le choix entre • 95% de plantes Bt et 5% d'aires de refuge sans application d'insecticide chimique; • 80% de plantes Bt et 20% d'aires de refuge avec application d'insecticide.

48. La double résistance toxine A toxine B 100 générations 100 générations résistance à A résistance à B toxine A toxines A + B simultanément 100 générations 100x100 générations résistance à A résistance à A et B toxines A + B 100 générations résistance à A et B • Les firmes parlent actuellement de la prochaine génération de plantes Bt, qui contiendront deux toxines agissant par des mécanismes indépendants sur les insectes. • D'après les calculs théoriques, s'il faut 100 générations d'insectes pour que s'établisse la résistance à chacune des toxines isolées, il faudrait 10.000 générations pour la double résistance. • Ces calculs théoriques sont cependant basés sur l'hypothèse que la résistance aux deux toxines doit apparaître simultanément. • Or, les essais actuels consistent à ajouter une nouvelle toxine à celle qui a déjà été déployée dans les champs depuis 1996. • Donc, on opère une sélection séquentielle plutôt que simultanée. • Pour une sélection séquentielle, il faut 100 générations pour que s'établisse la résistance à la première toxine, et 100 générations pour ajouter la seconde résistance aux insectes résultant de la première sélection. • Il s'agirait donc de 200 générations plutôt que les 10.000 proclamées.

49. Les plantes « dual toxin » offrent-elles une solution durable pour la gestion de la résistance des insectes aux toxines Bt ? • Plusieurs études montrent clairement que la culture de plantes à doubles toxines est complètement inefficace si elle est réalisée à proximité de cultures de plantes GM à une seule toxine. • Zhao, J. Z., Cao, J., Collins, H. L., Bates, S. L., Roush, R. T., Earle, E. D. & Shelton, A. M. (2005). Concurrent use of transgenic plants expressing a single and two Bacillus thuringiensis genes speeds insect adaptation to pyramided plants. Proc Natl Acad Sci U S A 102, 8426-30. • Commniqué de presse résumant les conclusions de cette étude: Krishna Ramanujan (2005). Insects develop resistance to engineered crops when single- and double-gene altered plants are in proximity, Cornell researchers say. http://www.news.cornell.edu/stories/June05/Bt.kr.html • Ceci ne signifie pas forcément qu’il ne faut pas cultiver de plantes Bt à double toxine, mais en tout cas il est clair que de telles plantes n’auraient aucune utilité à moyen terme dans un système où chaque agriculteur serait libre de choisir la plante Bt qu’il cultive (simple ou double toxine) indépendamment de ses voisins. • Une utilisation intelligente des plantes Bt demande donc une coordination au niveau non seulement national, mais également régional (les insectes ne respectent pas les frontières politiques).

50. Apparition d’insectes résistants au Bt • En 2008, Tabashnik et collègues publient une revue des souches d’insectes résistants à la toxine Bt Cry1A. Globalement, l’apparition de résistance a été relativement lente pour certaines espèces d’insectes ravageurs, et bien présente pour d’autres. • Pour limiter la résistance, les auteurs recommandent le passage aux doubles toxines. Cependant, les variétés de maïs « dual Bt » auxquelles ils font référence combinent la toxine Cry1A et une nouvelle toxine. Il semble qu’il y ait encore beaucoup à faire avant d’arriver à une utilisation raisonnée de ces toxines ! Tabashnik, B. E., Gassmann, A. J., Crowder, D. W. and Carriere, Y. (2008). Insect resistance to Bt crops: evidence versus theory. Nat Biotechnol 26, 199-202.